凡亿专栏 | 模拟电路和数字电路在PCB设计中的区别详解
课程
直播
文章
问答
类目筛选
EDA设计
硬件技术
EDA仿真
嵌入式
IC设计
人工智能
考试认证
结构设计
其他
模拟电路和数字电路在PCB设计中的区别详解
电子发烧友网
2022-08-24 09:31:17
1086
关注
工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加,这反映了行业的发展趋势。
尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展,但仍然存在,而且还会一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。
模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处,但要获得更好的结果时,由于其布线策略不同,简单电路布线设计就不再是最优方案了。
本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面,讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。
在布线时,模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容,都需要靠近其电源引脚连接一个电容,此电容值通常为0.1uF。
系统供电电源侧需要另一类电容,通常此电容值大约为10uF。
这些电容的位置如图1所示。
电容取值范围为推荐值的1/10至10倍之间。
但引脚须较短,且要尽量靠近器件(对于0.1uF电容)或供电电源(对于10uF电容)。
在电路板上加旁路或去耦电容,以及这些电容在板上的位置,对于数字和模拟设计来说都属于常识。
但有趣的是,其原因却有所不同。
在模拟布线设计中,旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号,如果不加旁路电容,这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。
一般来说,这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。
如果在模拟电路中不使用旁路电容的话,就可能在信号路径上引入噪声,更严重的情况甚至会引起振动。
在模拟和数字PCB设计中,旁路或去耦电容(0.1uF)应尽量靠近器件放置。
供电电源去耦电容(10uF)应放置在电路板的电源线入口处。
所有情况下,这些电容的引脚都应较短。
在图2此电路板上,使用不同的路线来布电源线和地线,由于这种不恰当的配合,电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大。
在图3此单面板中,到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。
此电路板中电源线和地线的配合比图2中恰当。
电路板中电子元器件和线路受电磁干扰(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或约54倍。
对于控制器和处理器这样的数字器件,同样需要去耦电容,但原因不同。
这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库。
在数字电路中,执行门状态的切换通常需要很大的电流。
由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板,有额外的“备用”电荷是有利的。
如果执行开关动作时没有足够的电荷,会造成电源电压发生很大变化。
电压变化太大,会导致数字信号电平进入不确定状态,并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。
流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化,电路板走线存在寄生电感,可采用如下公式计算电压的变化:
V = LdI/dt。
其中:
V = 电压的变化,L = 电路板走线感抗,dI = 流经走线的电流变化,dt =电流变化的时间。
因此,基于多种原因,在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是较好的做法。
电源线和地线的位置良好配合,可以降低电磁干扰的可能性。
如果电源线和地线配合不当,会设计出系统环路,并很可能会产生噪声。
电源线和地线配合不当的PCB设计示例如图2所示,此电路板上,设计出的环路面积为697cm?。
采用图3所示的方法,电路板上或电路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。
电路板布线的基本知识既适用于模拟电路,也适用于数字电路。
一个基本的经验准则是使用不间断的地平面,这一常识降低了数字电路中的dI/dt(电流随时间的变化)效应,这一效应会改变地的电势并会使噪声进入模拟电路。
数字和模拟电路的布线技巧基本相同,但有一点除外。
对于模拟电路,还有另外一点需要注意,就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。
这一点可以通过如下做法来实现:
将模拟地平面单独连接到系统的连接端,或者将模拟电路放置在电路板的最远端,也就是线路的末端。
这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰最小。
对于数字电路就不需要这样做,数字电路可容忍地平面上的大量噪声,而不会出现问题。
登录查看更多内容
模拟电路
数字电路
声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表凡亿课堂立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容图片侵权或者其他问题,请联系本站作侵删。
相关阅读
如何做好高速PCB信号仿真项目?
2023-05-18 13:58:29
文章
走进电子元器件,了解电阻应变式传感器
电阻应变式传感器是利用电阻材料的电阻值随应变变化的特性来实现力学量测量的传感器。它通常由应变片、电阻片、导线和外壳等组成。应变片是传感器中的核心部分,它是一种材料,在受到力的作用下会发生应变,从而引起电阻值的变化。电阻片则是将应变片上的应变
2024-04-16 11:36:23
文章
技术干货:模拟电路设计常见的故障及检查方法
模拟电路和数字电路是电子电路中的主要分类,也是电子工程师最熟悉的电路设计之二,而模拟电路设计一直是工程师们最头疼也最常用的电路设计难点,今天将分享模拟电路设计常见的故障及检查方法,希望对小伙伴们有所帮助。不会模拟电路和硬件设计?不如看看凡亿
2022-04-22 17:43:27
文章
JL14系列电流继电器的基础知识及规格
JL14系列继电器作为市场上主流的继电器之一,应用广泛,是电气工业上常用的电子元件,但有很多小白不甚了解,所以本文将搜集平台上关于JL14系列电流继电器,整理归纳总结,希望对小白有所帮助。JL14系列主要用于电压为交流至380V和直流至44
2022-09-07 15:56:43
文章
PCB布线绝招,一般人我不告诉他!
2022-02-08 14:07:50
文章
进入分区查看更多精彩内容>
精彩评论
暂无评论
发布
暂无评论